Chimica
«Nulla si crea, nulla si distrugge, ma tutto si trasforma.»
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Lachimica(dakemà,illibrodei segreti dell'arte egizia, da cui l'arabo"al-kimiaa""الكيمياء ") è lascienza naturaleche studia lacomposizione,lastrutturae leproprietàdellamateria,sia essa in forma dielementi,specie,composti,misceleo altresostanze,e i cambiamenti che questi subiscono durante lereazionie il loro rapporto con l'energia chimica.[2]Studia anche le loro associazioni tramitelegami chimiciche generano in particolare compostimolecolaristabiliointermedipiù o menoinstabili.Linus Paulingla definì "la scienza che studia le sostanze, la loro struttura (tipi e forme di disposizione degliatomi), le loro proprietà e le reazioni che le trasformano in altre sostanze in riferimento al tempo ".[3]La chimica, attraverso una delle sue branche conosciute comechimica supramolecolare,si occupa principalmente di gruppi sopraatomici, comegas,molecole,cristalliemetalli,studiandone la composizione, le proprietà statistiche, le trasformazioni e le reazioni, sebbene la chimica generale includa anche la comprensione, le proprietà e le interazioni della materia su scala atomica.
Nell'ambito della sua materia, la chimica occupa unaposizione intermediatra lafisicae labiologia.[4]
È spesso chiamata la "scienza centrale"(ininglese"central science") perché connette le altrescienze naturali,ovvero lafisica(attraverso lachimica fisica), labiologia(attraverso labiochimica), l'astronomia(attraverso l'astrochimica) e lageologia(attraverso lageochimica).[5][6]Inoltre, fornisce una base per comprendere le discipline scientifichedi baseeapplicate a un livello fondamentale.Ad esempio, la chimica spiega gli aspetti della crescita delle piante (botanica), la formazione di rocce ignee (geologia), come si forma l'ozono atmosferico e come si degradano gli inquinanti ambientali (ecologia), le proprietà del suolo sulla luna (cosmochimica), come funzionano i farmaci (farmacologia) e come raccogliere prove delDNAsulla scena del crimine (scienza forense). La maggior parte deiprocessi chimicipuò essere studiata direttamente inlaboratorio,utilizzando una serie di tecniche spesso consolidate, sia per la manipolazione dei materiali che per la comprensione dei processi sottostanti. Un approccio alternativo è fornito dalle tecniche dimodellazione molecolare,che traggono conclusioni dai modelli computazionali.
La chimica affronta argomenti come il modo in cui gli atomi e le molecole interagiscono tramitelegami chimiciper formare nuovicomposti chimici.Esistono due tipi di legami chimici:
- Primari:legami covalenti,in cui gli atomi condividono uno o più elettroni;legami ionici,in cui un atomo dona uno o piùelettronia un altro atomo per produrre ioni (cationieanioni); elegami metallici.
- Secondari:legami a idrogeno;legami con leforze di van der Waals;interazioni ione-ione; einterazioni ione-dipolo.
La chimica moderna si è sviluppata dall'alchimia,una praticaprotoscientificadi naturaesoterica,ma anche sperimentale, che combinava elementi di chimica, fisica, biologia,metallurgiaemedicina.
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La sistematizzazione divenne evidente con la creazione dellatavola periodica degli elementie l'introduzione dellateoria atomica,poiché i ricercatori svilupparono una comprensione fondamentale degli stati della materia, degliioni,deilegami chimicie delle reazioni chimiche. A partire dalla prima metà dell'Ottocento, lo sviluppo della chimica è stato accompagnato dalla comparsa e dall'espansione di un'industria chimicache è rilevante per l'economia attuale e la qualità della vita.
Le discipline della chimica sono raggruppate secondo la classe di materia oggetto di studio o il tipo di studio svolto. Tra questi lachimica inorganica,che studia la materia inorganica;chimica organica,che studia lamateria organica;la biochimica, che studia le sostanze esistenti negli organismi biologici; chimica fisica, che comprende gli aspetti strutturali ed energetici dei sistemi chimici su scala macroscopica, molecolare e atomica, echimica analitica,che analizza campioni di materia e cerca di comprenderne la composizione e la struttura attraverso vari studi e reazioni.
Descrizione
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La chimica ha interessato, anche per motivi pratici derivanti dalle sue applicazionitecnologiche,le innumerevoli popolazioni dell'umanitàfin dai tempi antichi. DalII secolo a.C.si sviluppò, a partire dall'Egitto tolemaico,l'alchimia,un insieme di conoscenze sulla materia e le sue trasformazioni legate a convinzionifilosoficheedesoteriche;da essa derivò la chimica moderna (in seguito allarivoluzione scientifica,e più precisamente allarivoluzione chimicaalla fine delXVIII secolo). Anche nel periodo seguente la chimica continuò ad evolversi, perché sempre nuove scoperte ne ampliarono i campi di interesse e i metodi impiegati.
Oggetti di studio della chimica sono principalmente:
- le proprietà dei costituenti dellamateria(atomi);
- le proprietà delleentità molecolari,ad esempioioniomolecole,costituite da singoli atomi o dalla combinazione di più atomi;
- le proprietà dellespecie chimiche(ciascuna delle quali caratterizzata da una specifica tipologia di entità molecolare e da particolari proprietà che la distinguono dalle altre specie chimiche);
- le proprietà dellemiscelee deimaterialicostituiti da una o più specie chimiche.
Tale studio della materia non è limitato alle sue proprietà e struttura in un dato istante, ma riguarda anche le sue trasformazioni, dettereazioni chimiche(che comportano la rottura dei legami che tengono uniti gli atomi appartenenti alla stessa entità molecolare e la formazione di nuovi legami per dare origine a nuove entità molecolari).[N 1]
Sono studiati anche gli effetti di tali proprietà e le interazioni tra i componenti della materia su quelle degli oggetti e della materia con cui comunemente abbiamo a che fare, e le relazioni tra di essi, il che determina un'ampia importanza pratica di tali studi. Si tratta quindi di un campo di studi molto vasto,i cui settorisono tradizionalmente suddivisi in base al tipo di materia di cui si occupano o al tipo di studio.
La conoscenza della struttura elettronica degli atomi è alla base della chimica convenzionale, mentre la conoscenza della struttura delnucleo atomicoe delle sue trasformazioni spontanee ed indotte è alla base dellachimica nucleare.
Storia
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Due erano le principali scuole di pensiero dellafilosofia naturaleelaborata daiGreci:Democritososteneva che lanaturafosse formata da corpuscoli indivisibili (gliatomi) che si uniscono e separano in uno spazio vuoto, mentreAristoteleipotizzava la struttura continua dellamateriarisultante dalla combinazione degli elementiacqua,aria,terraefuoco.
Tra ilIIeV secolo d.C.si sviluppa adAlessandria d'Egittol'alchimia,che conservava le originifilosoficheunite a una forte connotazioneesoterica.In questo contesto l'alchimista,o "mago naturale", si poneva come tramite tramacrocosmo e microcosmo,divinoe umano. Due erano gli obiettivi fondamentali degli alchimisti, da realizzare con l'ausilio dellapietra filosofale:latrasmutazionedeimetalliinoro,che corrispondeva anche all'elevazione verso la perfezione delle qualità spirituali umane, e la possibilità di curare ogni genere dimalattiae creare la vita. NelXVI secoloassumeva autonomia propria la branca definitaiatrochimica,che ebbe i maggiori contributori inParacelsoeJean Baptiste van Helmonte che si prefissava di correlare i processi chimici che avvengono all'interno dell'organismo umano con gli stati patologici e con i possibili rimedi.
Le basi per lo sviluppo della chimica moderna si pongono nelXVII secolo,con la prima definizione dellereazioni chimiche(nelTyrocinium Chymicum(1610) diJean Béguin) e il graduale sviluppo del metodo sperimentale, grazie a diversi scienziati tra i quali spiccaRobert Boyle.Lo spartiacque simbolico tra alchimia e chimica può essere considerato l'anno1661,con l'uscita del libro di BoyleIl chimico scettico(The Sceptical Chymist), in cui vengono introdotti i concetti dielemento chimicoecomposto chimico.[7]
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Successivamente il lavoro diAntoine Lavoisier,che enunciò per primo lalegge della conservazione della massae confutò lateoria del flogisto,segnò il definitivo superamento dell'alchimia. Nel1807Jöns Jacob Berzeliusfu uno dei primi a utilizzare il termine "chimica organica"in riferimento alla chimica che caratterizzava i composti prodotti dalregno animale,contrapposti a quelli di originemineralee di pertinenza dellachimica inorganica;saràFriedrich Wöhlernel1828a dimostrare che i composti organici possono essere ottenuti anche dasintesiin laboratorio, riuscendo a sintetizzare l'ureaa partire da sostanze inorganiche.
Nel1869Dmitrij MendeleeveJulius Lothar Meyerordinarono glielementi chimicisistemandoli all'interno dellatavola periodica,disposti ordinatamente in base al loropeso atomico.Nel1937l'italianoEmilio Segrèscoprì iltecnezio,primo elemento chimico artificiale, e negli anni seguenti verranno sintetizzati artificialmente molti altri nuovi elementi che andranno ad arricchire la tavola periodica.
Principali concetti della chimica
[modifica|modifica wikitesto]Atomi e molecole
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In natura esistono 92elementie a questi se ne aggiungono (per ora) altri 28 creati artificialmente. Ognuno di essi corrisponde ad unatomocon un certo numero diprotonied ha struttura e proprietà differenti.
Quando gli atomi si combinano fra loro si generano dellemolecole.[8]Queste ultime possono essere costituite da atomi tutti uguali fra loro, formando quelle che vengono definitele sostanze semplici(ad esempioN2,O2eS8), mentre le molecole costituite da atomi diversi sono caratteristiche dellesostanze composte(ad esempioH2O,C12H22O11eH2SO4).
Per indicare la quantità di sostanza si fa uso della "mole".[9]Una mole di sostanza risulta costituita da un numero dientità molecolari(ad esempio atomi o molecole) pari al valore numerico dellacostante di Avogadro(6,02214179×1023)[10].Considerando che una mole diacquapesa circa 18grammi,è facile intuire che la materia che ci circonda è costituita da un enorme numero di particelle elementari.
Legami chimici e forze di attrazione intermolecolare
[modifica|modifica wikitesto]Gliatomipossono legarsi fra loro, e la forza di natura elettrostatica che li unisce viene definitalegame chimico.Tale legame, caratterizzato daintensitàdifferente in relazione al composto a cui dà origine, è fondamentale nel conferire la particolarereattivitàestabilitàdel composto stesso, nonché nel determinarne la struttura e geometria molecolare caratteristica.
Esistono poi forze intermolecolari, di minore intensità rispetto allegame chimico,che attraggono atomi e molecole fra di loro. Tali forze originano quello che viene comunemente definitolegame chimico secondarioe hanno un ruolo importante nel determinare lostato di aggregazionedi una sostanza per particolari condizioni ditemperaturaepressione.Sono inoltre responsabili anche dellastruttura secondaria,terziariaequaternariadelleproteine.
Stati e aggregazione della materia
[modifica|modifica wikitesto]I composti chimici possono presentarsi in diversistati di aggregazione,tra cuisolido,liquido,aeriformeed infineplasma.
Latemperaturadi un corpo è direttamente legata al movimento microscopico (o meglio all'energia cineticamicroscopica)[N 2]delle particelle elementari (molecole): in particolare a bassatemperaturale molecole sono attratte fra loro tramite legami più energetici, per cui l'unico moto a cui possono essere sottoposte è quello vibrazionale; lo stato della materia associato a questa condizione è lo statosolido.
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All'aumentare della temperatura, le molecole acquistano energia in quanto sono legate da legami meno energetici, per cui hanno la capacità di esprimere tre tipologie di moto: traslazionale, rotazionale e vibrazionale; lo stato della materia associato a questa condizione è lo statoliquido.
Un ulteriore aumento di temperatura indebolisce ulteriormente i legami che intercorrono tra le molecole, per cui aumentano ulteriormente le distanze tra le molecole e quindi il volume occupato dall'intero sistema;[N 3]lo stato della materia associato a questa condizione è lo stato diaeriforme.
Infine, ionizzando un gas, otteniamo ilplasma,che si ritiene costituisca il 99% della materia nell'Universo.
Si parla inoltre di "fase"per indicare una porzione omogenea di unsistema termodinamico.A seconda dello stato di aggregazione, si parla di "fase solida", "fase liquida" o "fase aeriforme". I concetti di "fase" e "stato di aggregazione" non vanno confusi: infatti un sistema può essere in un determinato stato di aggregazione ma presentare più fasi. Un esempio è dato dai liquidi immiscibili (comeacquaeolio), che condividono lo stesso stato di aggregazione (cioè liquido) ma sono pertinenti a due fasi distinte (infatti l'olio se versato in un contenitore contenente acqua forma uno strato sulla superficie del liquido, diviso in maniera netta dall'acqua sottostante).
Un sistema composto da una singola fase è quindiomogeneo,mentre un sistema composto da più fasi èeterogeneo.
Composti chimici e miscele
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Quando gliatomisi legano fra loro in proporzioni definite e costanti si ottengono deicomposti chimici.Ad esempio l'acquaè un composto chimico rappresentato dallaformula chimicaH2O, cioè formato da atomi diidrogenoeossigenoin rapporto 2:1. I composti, oltre ad avere composizione chimica differente rispetto alle sostanze originarie che li hanno prodotti, hanno anche differenti proprietà chimiche e fisiche rispetto a tali sostanze.
I sistemi formati da più sostanze chimiche (semplici o composte) sono dettimiscele.[11][N 4]Le sostanze che costituiscono una miscela sono dette "costituenti".[11]Le miscele possono essere a loro volta omogenee o eterogenee. Un particolare tipo di miscela omogenea sono lesoluzioni,formate da unsolvente(costituente presente in quantità maggiore) e da uno o piùsoluti(costituente presente in quantità minore).
Reazioni chimiche
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Unareazione chimicaè unprocesso chimicotramite il quale atomi, ioni o molecole che costituiscono le sostanze iniziali (chiamatereagenti) interagiscono fra loro originando le sostanze finali (chiamateprodotti). La composizione e le proprietà chimico-fisiche dei prodotti sono differenti rispetto a quelle dei reagenti.
I reagenti prendono parte alla reazione secondo rapporti di massa ben stabiliti, in base al lorocoefficiente stechiometrico;lastechiometriadi reazione permette di calcolare il quantitativo teorico di prodotti ottenibili[N 5].
Una reazione che avviene producendocaloreviene dettaesotermica,mentre una reazione che avviene assorbendo calore dall'ambiente esternoviene dettaendotermica.
Mentre latermochimicapermette di stabilire se una data reazione può avvenire spontaneamente in determinate condizioni, lacinetica chimicasi occupa di analizzare ilmeccanismo di reazionee di determinare se una data reazione chimica possa procedere con unavelocità di reazioneaccettabile. Molte reazioni spontanee non avrebbero luogo senza la presenza di uncatalizzatore,proprio perché presenterebbero altrimenti una velocità bassissima. La presenza del catalizzatore è necessaria a superare un "muro" energetico che impedisce alla reazione di avvenire. Una volta che la reazione è iniziata, può in certi casi "autoalimentarsi", per cui la presenza del catalizzatore non è più necessaria da un certo momento in poi. Un meccanismo simile avviene nelle reazioni dicombustione:queste infatti hanno bisogno di uninnescoiniziale per avere luogo (ad esempio una scintilla), ma una volta che la combustione ha avuto origine, si ha produzione di calore che autoalimenta la reazione stessa.
Alcuni esempi di reazioni chimiche sono:
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- ad esempio: K2Cr2O7+ 6 FeSO4+ 7 H2SO4→ Cr2(SO4)3+ K2SO4+ 3 Fe2(SO4)3+ 7 H2O
- ad esempio: NaOH + HCl → NaCl + H2O
- ad esempio: CaCO3→ CaO + CO2
- ad esempio: KCl + NH4NO3→ KNO3+ NH4Cl
- ad esempio: AgNO3+ NaCl → NaNO3+ AgCl↓
- ad esempio: CuCl2+ NH3→ [Cu(NH3)4]Cl2
- ad esempio l'acetilazionedell'acido salicilicoconanidride aceticaa formareacido acetilsalicilicoeacido acetico:
- C7H6O3+ C4H6O3→ C9H8O4+ C2H4O2
La freccia verso destra (→) sta indicare il verso in cui la reazione avviene. In questo caso bisogna anche specificare le condizioni in cui si opera (tra cuitemperaturaepressione), in quanto la reazione inversa (cioè da destra verso sinistra) può essere favorita per talune condizioni. Nel caso più generale, i reagenti (primo membro) e i prodotti (secondo membro) sono separati dal segno ""che indica la reversibilità della reazione.
Il simbolo della freccia verso il basso (↓) indica una sostanza che precipita come corpo di fondo. La precipitazione però non avviene se le condizioni in cui si opera sono tali da rendere lasolubilitàdel prodotto nella soluzione sufficientemente elevata. Nella notazione chimica si utilizza talvolta anche il simbolo di una freccia verso l'alto (↑), ad indicare che il prodotto è gassoso nelle condizioni in cui avviene la reazione.
Equilibrio chimico
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L'equilibrio chimicoè una condizione diequilibrio dinamicoche si ha quando i prodotti di una reazione chimica reagiscono a loro volta fra loro riformando i reagenti di partenza.
Una reazione di equilibrio viene indicata utilizzando le doppie frecce che puntano in verso opposto (), invece di utilizzare la classica freccia che punta dai reagenti verso i prodotti. Un esempio è il seguente:
In teoria tutte le reazioni chimiche possono essere considerate di equilibrio, ma nella pratica comune quelle caratterizzate da valore dicostante di equilibriomolto alta sono considerate reazioni "a completamento" (cioè che avvengono verso una sola direzione). La costante d'equilibrioKè definita dal rapporto dell'operazione di moltiplicazione delleconcentrazionidelle sostanze prodotte, ognuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico, rispetto all'operazione di moltiplicazione delle concentrazioni delle sostanze reagenti. Considerando l'esempio precedente di due reagenti e due prodotti, vale la relazione:
La costante di equilibrioKè una costante in condizioni ditemperaturacostante (epressionecostante, nel caso deigas). La costante di equilibrio può essere espressa anche in termini di rapporti trapressioni parzialio anchefrazioni molari.[12]
Leggi della chimica e della fisica
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Tutte le reazioni chimiche e le trasformazioni fisiche avvengono secondo leggi chimico-fisiche. Di seguito viene presentato un elenco degli enunciati di alcune leggi di particolare importanza nell'ambito della chimica.
- Leggi sui gas
- Legge dei gas perfetti:mette in relazione fra loro lefunzioni di statoquantità di sostanza,pressione,volumeetemperaturadi ungas perfetto.
- Legge delle pressioni parziali:la pressione totale esercitata da una miscela ideale di gas ideali è uguale alla somma dellepressioni parzialiche sarebbero esercitate dai gas se fossero presenti da soli in un eguale volume.
- Legge di Boyle-Mariotte:in condizioni di temperatura costante la pressione di un gas è inversamente proporzionale al suo volume.
- Prima legge di Gay-Lussac:in condizioni di pressione costante il volume di un gas aumenta linearmente all'aumentare della temperatura.
- Seconda legge di Gay-Lussac:in condizioni di volume costante la pressione di un gas aumenta linearmente all'aumentare della temperatura.
- Legge di van der Waals:mette in relazione fra loro le funzioni di stato quantità di sostanza, pressione, volume e temperatura di ungas reale.
- Legge di Henry:a temperatura costante, la quantità di gas che passa in soluzione in un determinato liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale del gas in equilibrio col liquido stesso.
- Leggi ponderali
- Legge di conservazione della massao legge di Lavoisier: in una reazione chimica, la massa dei reagenti è esattamente uguale alla massa dei prodotti.
- Legge delle proporzioni definiteo legge di Proust: in un determinato composto chimico allo stato puro gli elementi che lo formano stanno fra loro in proporzioni di massa definite e costanti.
- Legge delle proporzioni multipleo legge di Dalton: quando due elementi si combinano in modi diversi per formare diversi composti, una certa massa di un elemento si combina con masse dell'altro che stanno tra loro in un rapporto che si può esprimere con frazioni semplici.
- Legge dell'azione di massa:la velocità di una reazione chimica è proporzionale alla concentrazione delle sostanze che vi partecipano.
- Principio di Le Châtelier:ogni sistema in equilibrio tende a reagire ad una modifica impostagli dall'esterno minimizzandone gli effetti.
- Legge di Raoult:mette in relazione lapressione di vaporedi un liquido in soluzione con la sua pressione di vapore allo stato puro e la sua concentrazione in termini difrazione molare.
- Legge di Hess:la variazione dientalpiadi una reazione chimica è indipendente dal percorso intermedio attraverso il quale dai reagenti si ottengono i prodotti.
- Legge di Debye-Hückel:definisce ilcoefficientedi attività medio delle soluzioni dielettroliti.
- Legge dell'indipendente mobilità degli ioni:laconduttanza equivalentedi una soluzione di un elettrolita a diluizione infinita è uguale alla somma dellamobilitàdelcationee dell'anionedai quali è formato l'elettrolita, mobilità che a diluizione infinita non si influenzano reciprocamente.
- Legge di Lambert-Beer:mette in relazione la quantità diluceassorbitada una sostanza con la sua natura chimica, la suaconcentrazionee lo spessore del mezzo attraversato.
Meccanica quantistica
[modifica|modifica wikitesto]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/99/Butadien1.jpg/220px-Butadien1.jpg)
Lameccanica quantisticaè stato il settore dellachimica fisica(una disciplina di confine con lafisica) che ha dato maggior impulso allo sviluppo della chimica moderna, spiegando la struttura e le caratteristiche degliatomie creando i presupposti basilari per la trattazione matematica del legame chimico.
Lo spunto iniziale fu dato daDe Broglieche nel1924ipotizzò la possibilità di associare a una particella in movimento quale l'elettroneun'ondadilunghezza d'ondaricavabile dalla relazione:
doverappresenta lacostante di Planckmentre il prodottoè laquantità di moto.Quindi, secondo De Broglie, una particella in movimento ha una doppia natura corpuscolo-ondulatoria e tanto minore è lamassatanto maggiore risulterà la lunghezza d'onda dell'onda associata alla massa stessa: a titolo di esempio per un elettrone (massa9×10−31kgevelocitàdi rotazione attorno al nucleo di2×106m/s) si ricava una=3,68Å,mentre a unpallonedel peso di500gche si muove a velocità di30 m/scorrisponde un'onda con=4,4×10−35m.
Nel1926Erwin Schrödinger,basandosi sulla teoria di De Broglie, descrisse un'equazione (l'equazione di Schrödinger,appunto) che rappresenta la propagazione dell'onda materiale tridimensionale associata a un elettrone che orbita attorno al nucleo di unatomo idrogenoide.Le soluzioni matematiche di questa equazione costituiscono lafunzione d'onda;sono fisicamente accettabili tutte quelle funzioni d'onda i cuinumeri quantici(n,l,m) che le caratterizzano sottostanno alle regole di quantizzazione dettate dalla meccanica quantistica. L'orbitaleè formalmente definito come laproiezionedella funzione d'onda sulla base dellaposizione,ovvero rappresenta la componente spaziale della funzione d'onda. In accordo colprincipio di indeterminazione di Heisenberg,non è possibile conoscere contemporaneamente con la medesima accuratezza la posizione e la quantità di moto dell'elettrone. Approssimativamente, l'orbitale viene considerato come regione dello spazio in cui è massima la probabilità (90%) di rinvenire l'elettrone. Acquisendo o emettendo unquantodi energia l'elettrone è suscettibile di passare alivelli energeticirispettivamente maggiori o minori.
Discipline fondamentali della chimica
[modifica|modifica wikitesto]Chimica inorganica
[modifica|modifica wikitesto]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8e/Potassium-oxide-3D-vdW.png/220px-Potassium-oxide-3D-vdW.png)
Lachimica inorganicasi occupa dello studio deicomposti inorganici,ovvero dei composti non formati da atomi dicarbonio(anche se in realtà una ristretta classe di composti del carbonio sono considerati inorganici)[N 6].Essa tratta lo studio dellegame chimicoe dellasimmetria delle molecole;si sofferma sulla caratterizzazione strutturale ed energetica deisolidi cristallinie di quellimetallici.In modo sistematico viene descritta la chimica deglielementi,raggruppando gli elementi chimici in base aigruppi della tavola periodica.Vengono studiate le reazioni diossido-riduzione,acido-basee la sintesi e caratterizzazione deicomposti di coordinazionee deicomposti metallorganici(contenenti un legame metallo-carbonio). Infine lachimica bioinorganicasi occupa del ruolo degli elementi metallici nei processi vitali[13].
Chimica organica
[modifica|modifica wikitesto]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/92/Methane-2D-stereo.svg/170px-Methane-2D-stereo.svg.png)
Lachimica organicastudia icomposti del carbonio.Lasistematicaraggruppa le classi dicomposti organiciin base alla presenza di determinatigruppi funzionali,studiandone le proprietà chimico-fisiche, le metodologie disintesie lereazionicaratteristiche. Lastereochimicae imeccanismi di reazionesono un ambito di studio fondamentale in chimica organica. Nell'ambito di questa disciplina rientrano anche icomposti aromatici,composti ciclicidotati di particolare stabilità, ebiomolecolequalicarboidrati,amminoacidi,proteine,lipidieacidi nucleici(DNAeRNA). Ipolimeriorganici sono una variegata classe di composti di elevato interesse industriale e con diverse applicazioni pratiche. I metodi fisici applicati alla chimica organica (NMR,spettroscopia IR,spettrometria di massa,spettroscopia UV) consentono il riconoscimento dei principali gruppi funzionali e della struttura molecolare.
Chimica teorica
[modifica|modifica wikitesto]Lachimica teoricaè la branca della chimica che si occupa di fornire i fondamenti teorici ai fenomeni chimici osservati. Fa un intenso uso dei principi dellafisicae delcalcolo matematicoper la comprensione dellegame chimicoe dellereazioni chimiche.
Chimica fisica
[modifica|modifica wikitesto]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/88/Spectroscopy_overview_it.svg/240px-Spectroscopy_overview_it.svg.png)
Lachimica fisicasi propone di studiare e descrivere lereazionie i fenomeni chimici utilizzando le metodologie e gli strumenti propri dellafisica.Vengono studiate lefasi della materiae letransizioni di fase,ponendo enfasi sulle leggi che governano lostato gassoso,sulla struttura deisolidi cristallinie suidiagrammi di fase.Latermodinamicaviene affrontata in modo dettagliato così come le sue implicazioni nell'ambito delle reazioni chimiche (termochimica), arrivando a stabilire la spontaneità o meno di una reazione in base al calcolo dell'energia libera di Gibbsdi reazione. Analogamente vengono analizzati i fattori in grado di influenzare l'equilibrio chimicoe la termodinamica dimisceleesoluzioni.Partendo dalle basi dellameccanica quantistica,si giunge a descrivere illegame chimicoin modo rigoroso su basi matematiche.
Appositi modelli risultano utili nello studio delpotenzialedovuto alle interazioni intermolecolari (legami chimici secondari). Dallastruttura atomicasi passa allastruttura molecolare,determinata applicando l'approssimazione di Born-Oppenheimer.Laspettroscopiae le varie tecniche spettroscopiche vengono trattate evidenziandone i fondamenti fisici, piuttosto che le applicazioni pratiche. Altro campo di studio della chimica fisica è rappresentato daifenomeni di trasporto.L'elettrochimicasi occupa dello studio dell'interconversione tra energia chimica ed energia elettrica e di tutto ciò che ne viene implicato. Lacinetica chimicasi occupa del calcolo dellavelocità di reazionee della formulazione dei singoli processi elementari di cui si compone una reazione (meccanismi di reazione), mentre ladinamica molecolareapplica i principi delladinamicaai sistemi atomici e molecolari. Infine lafotochimicastudia l'influenza dellalucesullareattività chimica.
Chimica analitica
[modifica|modifica wikitesto]Lachimica analiticaapplica un insieme di tecniche,strumentalie non, allo scopo di riconoscere e quantificare un datoanalita.Nello specifico l'analisi qualitativasi occupa del riconoscimento della sostanza oggetto di indagine, mentre l'analisi quantitativadetermina la quantità di sostanza presente in un datocampione.In passato l'analisi qualitativa era condotta manualmente in modo sistematico, sfruttando opportuni reattivi; oggigiorno le tecniche strumentali quali quellespettroscopichehanno soppiantato tale approccio sistematico e puramente manuale da parte dell'analista. Nell'ambito dell'analisi quantitativa invece convivono tecniche puramente affidate all'operatore, quali le classichetitolazioni,con svariate tecniche strumentali automatizzate. Queste ultime, come già detto, possono più comunemente essere spettroscopiche,cromatografiche,elettroanalitiche,otermiche(come l'analisi termica differenziale,lacalorimetria differenziale a scansione,latermogravimetria). Occorre sottolineare che la chimica analitica si occupa anche della corretta elaborazione statistica del dato analitico, nonché della qualità e affidabilità di tale dato.
Biochimica
[modifica|modifica wikitesto]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d4/Amylose_3Dprojection.svg/240px-Amylose_3Dprojection.svg.png)
Labiochimicastudia i composti e i processi chimici che contraddistinguono gliorganismi viventi.Essa si occupa dellabiosintesidellebiomolecole,del loro ruolo e funzionalità biologica:acidi nucleicieinformazione genetica,proteine,lipidiecarboidrati.Studia inoltre glienzimie lacatalisi enzimatica,fino a giungere allacinetica di Michaelis-Menten.La biochimica si concentra sugli aspetti chimici delmetabolismo,del trasporto diossigenotramiteemoglobinaemioglobina,dellarespirazione cellulare,dellafotosintesi clorofilliana,dell'omeostasie della trasduzione del segnale all'interno dellecellule.I canali di membrana e lepompe ionicheconsentono il passaggio di ioni e molecole attraverso lamembrana cellulare.La biosintesi deglianticorpie la loro interazione con l'antigeneha un ruolo fondamentale nell'ambito dellarisposta immunitaria.
Altre discipline
[modifica|modifica wikitesto]Esistono numerosissime specializzazioni e discipline della chimica, che possono essere considerate parte delle discipline fondamentali e spesso anche parte di altre discipline scientifiche affini; ad esempio: lachimica farmaceutica,lachimica industriale,lachimica dei polimeri e delle macromolecole,lachimica degli alimenti,lachimica dello stato solido e delle superfici,l'astrochimica,lacosmochimica,l'elettrochimica,lageochimica,lachimica teorica,lacitochimica,l'istochimica,lachimica clinica,lachimica nucleare,laradiochimica,lachimica delle radiazioni,lachimica metallorganica,lastereochimica,lachimica ambientale,lachimica verde,lafotochimica,lasonochimica,lachimica del suolo,lachimica dell'atmosfera,lachimica radiofarmaceutica,l'aerotermochimica,lachimica del restauro,lachimica dei beni culturali,lastrutturistica chimica,lamagnetochimica,lachimica quantistica,lafemtochimica,lachimica dei colloidi,lachimica delle interfasi,lachimica combinatoria,lachimica computazionale,lachimica matematica,lachemioinformatica,lachemiometria,lachimica dei materiali,lachimica del cemento,lachimica dolce,lachimica supramolecolare,lananochimica.
Applicazioni della chimica
[modifica|modifica wikitesto]Chimica e industria
[modifica|modifica wikitesto]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cc/Colonne_distillazione.jpg/220px-Colonne_distillazione.jpg)
Lachimica industrialesi occupa della sintesi su vasta scala di prodotti chimici destinati a vari utilizzi, ottimizzando il rapportocosti/beneficidell'intero ciclo produttivo chimico. In particolare, disponendo delle opportunematerie prime,tramite un insieme di processi realizzati all'interno di unimpianto chimico,si giunge a otteneresemilavoratioprodotti finitiin grado di soddisfare le specifiche e i requisiti tecnici richiesti per il loro utilizzo pratico. A titolo di esempio, per indicare alcuni dei processi chimici industriali più noti, si cita ilprocesso Haber-Boschper lasintesi dell'ammoniacae ilprocesso Ostwaldper la sintesi dell'acido nitrico.L'industria petrolchimicae deipolimerisintetici è un altro vasto campo molto attivo.
Chimica e medicina
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Lachimica farmaceuticacostituisce il campo di ricerca per la sintesi e applicazione terapeutica dei nuovifarmaci.Pone le sue basi sullo studio teorico delle proprietà chimico-fisiche delle molecole e sui modelli diinterazione farmacologicacon l'organismo. Si giunge quindi a formulare una conveniente strategia di sintesi, sfruttando anche l'approccio dellachimica combinatoria,e il nuovo farmaco ottenuto può iniziare la fase di sperimentazione che se culminerà con esito positivo potrà permettergli l'immissione sul mercato. Oltre questi aspetti farmacologici, la chimica risulta un utile ausilio inmedicina diagnosticagrazie alla possibilità di effettuare appositi esamichimico clinicidi laboratorio.Isotopiradioattivivengono utilizzati inmedicina nucleare.
Chimica e ambiente
[modifica|modifica wikitesto]La crescente sensibilità verso un basso impatto ambientale e la necessità di applicare politiche disviluppo sostenibilehanno condotto alla nascita della cosiddettachimica verde.Questa disciplina si propone di ridurre l'impatto dei processi chimici mettendo in pratica concetti quali l'utilizzo di materie prime ricavate dafonti rinnovabili,la riduzione di reflui e scarti, l'utilizzo di composti biosostenibili edecosostenibili.D'altra parte lachimica ambientaleè focalizzata sullo studio del chimismo e biochimismo implicato nell'ambito ambientale: si interessa della chimica delleacque dolciemarine,dellachimica del suoloedell'atmosfera.Non si limita a comprendere i fondamenti chimici, ma estende il proprio campo di studio e ricerca ai fenomeni legati all'inquinamentoe all'effetto deitossicirilasciati in ambiente proponendosi di trovare un rimedio.
Chimica e beni culturali
[modifica|modifica wikitesto]La chimica applicata aibeni culturalisi occupa dei materiali utilizzati in ambitoartisticoe delle tecniche analitiche, invasive e non, utilizzate per le indagini strumentali sulle opere d'arte[14].Si interessa inoltre della datazione dei reperti, dei metodi direstauroe di conservazione. Studia i meccanismi e i fattori che contribuiscono al degrado dei manufatti artistici cercando di rimediare al loro effetto.
Filosofia della chimica
[modifica|modifica wikitesto]Note
[modifica|modifica wikitesto]Annotazioni
[modifica|modifica wikitesto]- ^Non bisogna confondere le trasformazioni di tipo chimico da quelle di tipo fisico. La differenza principale tra i due tipi di trasformazione risiede nell'entità delle interazioni che si realizzano tra i costituenti della materia: nel caso di rottura e/o creazione di legami meno energetici (quali ad esempiolegami di van der Waalseforze di London) si parla di trasformazione fisica (ad esempiomiscelazione,assorbimento gas-liquido,distillazione,adsorbimento fisico), mentre nel caso di rottura e/o creazione di legami più energetici (quali ad esempio legami covalenti e legami ionici) si parla di trasformazione chimica.
- ^Si parla di energia cinetica microscopica per distinguerla dall'energia cinetica macroscopica. La prima compete al movimento di singole molecole, mentre la seconda compete al movimento del corpo nella sua globalità (ad esempio moto di traslazione e rotazione di uncorpo rigido).
- ^All'aumentare della temperatura, il sistema aumenta il proprio volume, per qualsiasi tipo di stato (solido, liquido o aeriforme). L'aumento del volume (a parità di pressione e temperatura iniziale e finale) è però molto evidente negli aeriformi rispetto ai liquidi e più evidente nei liquidi rispetto ai solidi. Dal punto di vista quantitativo, l'aumento del volume può essere espresso dalcoefficiente di dilatazione termica.
- ^Esempi di miscele con cui abbiamo spesso a che fare sono: la cioccolata, la birra, l'aria, la benzina e le leghe metalliche.
- ^Si parla di "quantitativo teorico" in quanto si tratta del massimo quantitativo ottenibile dal punto di vistatermodinamico,cioè all'equilibrio.Nella pratica intervengono inoltre altri fenomeni, che vengono studiati nell'ambito dellacinetica chimica(quali ad esempio la presenza dicatalizzatorioinibitoridella reazione).
- ^Ad esempio, composti come ilsolfuro di carbonio,l'anidride carbonica,ilmonossido di carbonioe icarburisono considerati inorganici.
Fonti
[modifica|modifica wikitesto]- ^InHistoire et Dictionnaire de la Révolution Française,Parigi, Éditions Robert Laffont, 1998; Il testo di Lavoisier è: "On voit que, pour arriver à la solution de ces deux questions, il fallait d’abord bien connaître l’analyse et la nature du corps susceptible de fermenter, et les produits de la fermentation; car rien ne se crée, ni dans les opérations de l’art, ni dans celles de la nature, et l’on peut poser en principe que, dans toute opération, il y a une égale quantité de matière avant et après l’opération; que la qualité et la quantité des principes est la même, et qu’il n’y a que des changements, des modifications."Traité élémentaire de chimie,1789, pp. 140-141.
- ^chìmica in Vocabolario,suTreccani.URL consultato il 3 marzo 2023.
- ^(ES)Quimica,suCientec,novembre 2004.URL consultato il 3 marzo 2023(archiviato dall'url originaleil 3 marzo 2023).
- ^Carsten Reinhardt. Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries. Wiley-VCH, 2001.ISBN 3-527-30271-9.pp. 1–2.
- ^Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce Edward Bursten, H. Lemay.Chemistry: The Central Science.Prentice Hall; 8 edition (1999).ISBN 0-13-010310-1.Pages 3-4.
- ^Carsten Reinhardt.Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries.Wiley-VCH, 2001.ISBN 3-527-30271-9.Pages 1-2.
- ^The Cambridge Dictionary of Scientists.
- ^IUPAC Gold Book, "molecule"
- ^IUPAC Gold Book, "mole"
- ^IUPAC Gold Book, "Avogadro constant"
- ^abIUPAC Gold Book, "mixture"
- ^IUPAC Gold Book, "equilibrium constant"
- ^Ivano Bertini e Paola Turano,Chimica bioinorganica,sutreccani.it,Enciclopedia Italiana - VII Appendice (2006).URL consultato il 29 maggio 2015.
- ^Costanza Miliani,Il colore nella pittura: la chimica di pigmenti e coloranti(PDF), suciam.unibo.it - sito web del Dipartimento di Chimica dell'Università di Bologna.URL consultato il 29 maggio 2015(archiviato dall'url originaleil 21 aprile 2015).
Bibliografia
[modifica|modifica wikitesto]- P. Atkins, L. Jones,Chemical Principles,suwhfreeman.URL consultato il 21 marzo 2010(archiviato dall'url originaleil 3 gennaio 2010).,5th ed., W.H. Freeman, 2010.
- I. J. Solov'ev,L'Evoluzione del pensiero chimico - Dal '600 ai giorni nostri[collegamento interrotto],suhoepli.it.,Mondadori, 1976.
- (EN)The Cambridge Dictionary of Scientists - "Boyle, Robert (1627 - 1691)",Cambridge, Cambridge University Press, 2002.
Stampa specializzata
[modifica|modifica wikitesto]- Eclética Química
- International Journal of Environmental Analytical Chemistry
- Journal of Chemical & Engineering Data
- Journal of Chemical Theory and Computation
- Journal of Chemometrics
- Journal of the American Oil Chemists' Society
- Macedonian Journal of Chemistry and Chemical Engineering
- Microchemical Journal
- Phytochemical Analysis
- Polish Journal of Chemistry
Voci correlate
[modifica|modifica wikitesto]- Chimici illustri
- Atomi e molecole
- Lastruttura dell'atomo
- Latavola periodicadeglielementi
- Numero atomico,peso atomico,numero di massa
- Elettronegatività,energia di ionizzazioneeaffinità elettronica
- Metalli,non metalli,semimetalli,gas nobili
- Lamolecolae lastruttura molecolare
- Gliioni,anioniecationi
- Iradicali
- Formula chimica,isomeria,chiralità
- IUPAC,nomenclatura chimica
- Legami chimici e forze di attrazione
- Legame chimico
- Legame ionico
- Legame covalente
- Legame di coordinazione
- Legame metallico
- Legame σ
- Legame π
- Legame idrogeno
- Forza di van der Waals
- Composti chimici
- Composto chimico
- Composto molecolare
- Composto organico
- Composto inorganico
- Composto ionico
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- Cluster (chimica)
- Ossidi
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- Polimeri
- Stati di aggregazione
- Stati della materia
- Fasi della materia
- Transizioni di fase
- Gas
- Solido
- Liquido
- Fisica del plasma
- Soluzione (chimica)
- Dispersione (chimica)
- Cristalli liquidi
- Colloide
- Equilibrio chimico
- Meccanica quantistica
- Elettrone
- Orbitale atomico
- Orbitale molecolare
- Principio di esclusione di Pauli
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- Regola di Hund
- Configurazione elettronica
- Meccanica quantistica
- Dualismo onda-particella
- Nucleo atomico
- Funzione d'onda
- Chimica quantistica
- Legame di valenza
- Combinazione lineare di orbitali atomici
- Equazione di Schrödinger
- Livello energetico
- Numero quantico
- Teoria degli orbitali molecolari
- Termodinamica
- Termodinamica
- Termochimica
- Funzione di stato
- Energia libera
- Entalpia
- Entropia
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- Potenziale chimico
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- Processo esotermico
- Processo endotermico
- Entalpia di legame
- Entalpia standard di formazione
- Entalpia standard di reazione
- Entropia molare standard
- Energia libera di Gibbs standard di formazione
- Legge di Hess
- Equazione di Kirchhoff
- Equazione di van 't Hoff (termochimica)
- Cinetica chimica
- Cinetica chimica
- Velocità di reazione
- Equazione cinetica
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- Costante di velocità
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- Catalizzatore
- Teoria delle collisioni
- Equazione di Arrhenius
- Equazione di Eyring
- stato di transizione
- Teoria dello stato di transizione
- Meccanismo di reazione
- Energia di attivazione
- Effetto isotopico cinetico
- Elettrochimica
- Elettrochimica
- Elettrochimica quantistica
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- Elettrodo
- Catodo
- Numero di ossidazione
- Ossidoriduzione
- Equazione di Nernst
- Cella elettrochimica
- Pila (elettrotecnica)
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- Elettrolisi
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- Corrosione
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- Storia della chimica
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- Altre
Altri progetti
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Collegamenti esterni
[modifica|modifica wikitesto]- chimica,suTreccani.it – Enciclopedie on line,Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
- (IT,DE,FR)Chimica,suhls-dhs-dss.ch,Dizionario storico della Svizzera.
- (EN) Alan J. Rocke e Melvyn C. Usselman,chemistry,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.
- (EN,FR)Chimica,suEnciclopedia canadese.
- (EN)Opere riguardanti Chimica,suOpen Library,Internet Archive.
- Corso di chimica generale ed inorganica,sucorsochimica.altervista.org.
- Guide sulla chimica, con stratagemmi Mnemonici per ricordarla meglio,su mnemochimica.it.
- Glossario di chimica,suapertisverbis.it.
- Articoli di chimica,suapertisverbis.it.
- Società Chimica Italiana,susoc.chim.it.
- Origine della parola "Chimica",suicapsira.URL consultato il 12 gennaio 2007(archiviato dall'url originaleil 12 marzo 2007).
- Come un grande psicologo si è innamorato della Chimica,suilpalo.URL consultato il 18 settembre 2007(archiviato dall'url originaleil 21 ottobre 2007).
- Chimica(PDF)[collegamento interrotto],sumed.unipi.it:8080.
- Raccolta di test di autovalutazione,sudivini.net.URL consultato il 20 novembre 2010(archiviato dall'url originaleil 25 agosto 2010).
- Concetti di base
- Problemi di Chimica 1.0Esercizi sui concetti base che seguono possono essere effettuati utilizzando il software didattico gratuito
- Chimica Generale
- (EN)IUPAC Nomenclature Home Page,suchem.qmw.ac.uk.
- (EN)Programma didattico di simulazione chimica,suxeon.concord.org:8080.URL consultato il 5 agosto 2007(archiviato dall'url originalel'11 ottobre 2007).
- Chimica,inTreccani.it – Enciclopedie on line,Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
Controllo di autorità | Thesaurus BNCF788·LCCN(EN)sh85022986·GND(DE)4009816-3·BNE(ES)XX524410(data)·BNF(FR)cb119704650(data)·J9U(EN,HE)987007284921605171·NDL(EN,JA)00564393 |
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